15.2.5　多器官互作

人体是一个复杂的多器官互联的生命系统，探索基于多器官间或者整体系统的发育，生理、病理和药物代谢等研究，一直以来是生命科学领域的难点。以往针对不同组织器官间的互作研究基于传统的2D细胞培养体系和动物模型，尽管这些模型在疾病研究和药物研发等领域取得了许多重要成果，然而，由于2D细胞在反应组织微环境特征，以及动物模型存在巨大的种属差异等问题，这些模型在精确模拟人体器官间的相互作用关系等方面存在局限性。为了在体外构建具有器官间互作的仿生器官微生理系统，研究人员利用微流控芯片技术将不同类型组织或器官进行共培养，通过在芯片通道结构中施加流体灌注实现多种组织的功能化集成和互联，从而模拟器官间相互作用，实现多器官芯片体系的建立［61-63］。根据不同的组织类型，可灵活设计结构和功能不同的芯片，形成具有精确可控的流体剪切力、周期性牵张力和化学梯度等因素的3D培养系统。近年来，从单一器官芯片到多器官互作芯片的发展，更加在系统层面反映出人体器官生理微环境和功能的复杂性。多器官芯片可通过循环流体的流动将不同区域的组织器官功能模块连接起来，模拟人体内器官间的血流，促进营养物质的交换和吸收。并能够模拟和监测人体对药物的系统性反应（如吸收、分布、代谢、排泄等），为疾病研究、个性化医疗和药物测试等领域提供了有潜力的平台［64 67］。(https://www.daowen.com)

多器官系统能够更真实地反映组织微环境特征，模拟组织结构和功能、反应器官特异性应激反应等。例如，模拟具有机械牵张能力的肺泡结构，实现免疫细胞的招募和迁移，以及研究多器官间对药物或有毒物质的响应等。此外，利用微流控的流体灌注体系，结合血管内皮细胞、血液细胞和流体介质，模拟体内血管和血流，在体外按照血流动力学连接不同的组织，可用于研究基于不同器官的人体各种生命活动，包括糖脂代谢、免疫反应、药物吸收和代谢等［68，69］。多器官芯片系统已经开始用于研究干细胞的分化、类器官互作和系统疾病模拟。例如，Tingting Tao等人建立了hiPSCs来源的肝—胰岛类器官互作体系，模拟了生理情况下的糖调控特点和Ⅱ型糖尿病的主要病理特征［70］。利用同一患者来源的干细胞，可实现干细胞衍生的不同组织器官模型构建，与多器官芯片系统相结合，有望最终形成个性化的人体芯片，实现个性化精准医疗和新药开发。